科學家3D打印人類大腦 欲揭曉褶皺形成之謎

前幾天南極熊報道了,，創(chuàng)客利用MRI掃描數(shù)據(jù)3D打印出自己的大腦模型。而目前,，美國哈佛大學科學家3D打印了一個凝膠大腦,，通過觀察它的“成長過程”，來揭曉長期困惑科學家的大腦皮層褶皺形成之謎,。

目前,，美國哈佛大學科學家3D打印一個“凝膠人腦”，通過觀察其成長過程,，揭曉了人類大腦褶皺是如何形成的,。

據(jù)美國洛杉磯時報報道，目前,，美國哈佛大學科學家通過3D打印一個凝膠大腦,，并觀察它的“生長過程”，發(fā)現(xiàn)了人類大腦皮層如何產(chǎn)生褶皺,。他們指出，人類大腦發(fā)育過程中,，神經(jīng)細胞的數(shù)量,、大小、形狀以及位置變化會導致灰質(zhì)擴張,，從而使皮層在壓力下出現(xiàn)“機械不穩(wěn)定”,，最終形成褶皺,。

這項最新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在近期出版的《自然物理學雜志》上，將揭曉困擾科學家多年的人腦灰質(zhì)結構之謎,，同時,，有助于治療與大腦皮層褶皺不足或者過度褶皺相關的某些疾病。

美國斯坦福大學的埃倫-庫爾(Ellen Kuhl)稱,，他們提供了差別生長理論的第一實驗證據(jù),，演示了物理作用力并不僅是生物化學過程，這在神經(jīng)發(fā)育過程中具有至關重要的意義,。這項發(fā)現(xiàn)對于臨床診斷和治療十分重要,，有助于預防多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

當你想到大腦,，就會浮現(xiàn)出粉色,、褶皺物體，猶如泄氣的籃球,，但事實上并不是所有物種的大腦都具有褶皺結構,，例如：體形較小的老鼠大腦是光滑粉色結構。人類嬰兒懷孕23周才形成褶皺,。

研究人員將這個大腦3D模型浸入一種液體溶劑中,，導致類似彈性皮層的外層結構開始生長，最終形成與真實大腦相近的褶皺結構,。

長期以來,，科學家知道大腦褶皺結構具有許多益處——大腦皮層褶皺結構比光滑表面具有更多的連通性，庫爾說：“每個皮層神經(jīng)元與其它7000個神經(jīng)元建立連接,，結果形成長達15萬公里的神經(jīng)纖維,。”

許多研究人員試著分辨這些細胞或者生物化學過程的工作原理,，但是哈佛大學物理學家拉罕米拉亞那-馬哈德萬(Lakshminarayanan Mahadevan)決定研究大腦褶皺結構的物理原理,，并設計了一個大腦數(shù)學模型。據(jù)悉,，40多年前另一支哈佛大學研究小組認為,，大腦組織中成長差異性可以解釋褶皺結構。

研究人員計劃揭曉大腦褶皺的成長特性,，但是在實驗中如果直接使用人腦存在很大的困難,，目前，哈佛大學組建一支研究小組,，借助3D打印技術揭曉了人類大腦皮質(zhì)如何生長并產(chǎn)生褶皺,。首先，他們使用22周胎兒光滑胎腦的磁共振圖像,，3D打印一個凝膠模型,，它可以模擬大腦“白質(zhì)”,，它能夠轉(zhuǎn)換成一層較薄的彈性凝膠層，來模擬“灰質(zhì)層(皮層組織)”,。之后研究人員將這個大腦3D模型浸入一種液體溶劑中,，導致類似彈性皮層的外層結構開始生長，最終形成與真實大腦相近的褶皺結構,。

結果顯示,，皮層組織開始生長，但是它僅固定在白質(zhì)之上,，伴隨著皮質(zhì)膨脹,，最終該結構崩潰，形成腦回和深溝,，覆蓋在大腦皮層表面,。馬哈德萬稱，我們發(fā)現(xiàn)大腦褶皺成長過程與分子等級變化密切相關,，生物化學過程導致細胞移動,，使細胞產(chǎn)生分裂和改變形狀，出現(xiàn)數(shù)量變化,。這意味著神經(jīng)細胞的數(shù)量,、大小、形狀以及位置變化會導致灰質(zhì)擴張,，使大腦皮層在壓力下出現(xiàn)物理作用力的機械不穩(wěn)定,，最終形成褶皺結構。

這項研究有助于科學家更好地理解各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,，同時,，還將幫助我們識別孤獨癥、精神分裂癥或者老年癡呆癥早期診斷的局部解剖標記,，最終設計出更高效的治療方案,。

http://static.video.qq.com/TPout.swf?vid=u01795ec5si&auto=0

信息來源：騰訊科學（悠悠/編譯）